3R夾具工藝基準(zhǔn)系統(tǒng)的應(yīng)用

楊金健，林靜財(cái)，劉 健，曾 杰

（成都宏明雙新科技股份有限公司，四川 成都 610091）

0 引 言

3R是減量化（reducing）、再利用（reusing）和再循環(huán)（recycling）3種原則的簡(jiǎn)稱，1959年由英國(guó)學(xué)者提出，隨后逐漸被世界科技工作者認(rèn)同與采用。3R夾具是在3R原則上延伸制造的輔助性?shī)A具，具有良好的工藝性，便于加工、調(diào)整、裝配和檢驗(yàn)，降低了工件的生產(chǎn)成本，且工件裝卸方便快速，定位準(zhǔn)確，縮短了安裝時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。

3R夾具基準(zhǔn)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)后，可以快速定位工件，節(jié)省找正時(shí)間用于加工工件，并能將電極或工件穩(wěn)固地夾持在機(jī)床的工作區(qū)，通過(guò)統(tǒng)一的3R基準(zhǔn)片接口，使電極或工件在每道工序的機(jī)床上實(shí)現(xiàn)1 min換裝。

1 傳統(tǒng)制造工藝分析

1.1 材料分析

隨形定位工裝如圖1所示，材料為聚丙烯（PP），是一種無(wú)色、無(wú)臭、無(wú)毒、半透明的熱塑性合成樹(shù)脂，具有耐化學(xué)性、耐熱性、電絕緣性、高強(qiáng)度力學(xué)性能和高耐磨性能。該材料不具備導(dǎo)電性，只能采用數(shù)控銑床加工，而聚丙烯強(qiáng)度低于鋼材，數(shù)控銑床采用虎鉗裝夾容易使待成形工裝變形，產(chǎn)生切應(yīng)力，工裝加工完成后因應(yīng)力釋放而產(chǎn)生變形。在考慮應(yīng)力的情況下，聚丙烯工裝的公差為±0.05 mm。

1.2 制造工藝分析

該工裝重點(diǎn)尺寸為（見(jiàn)圖1）：①型腔曲面公差為±0.02 mm；②定位腰型孔公差為±0.005 mm;③槽距工件底面尺寸（20±0.01）mm。既要保證工裝夾具與工件接觸面尺寸相對(duì)位置精度，也要保證重點(diǎn)尺寸的公差，如圖2所示。

圖1 隨形定位工裝

圖2 定位工裝

1.3 制造難點(diǎn)分析

經(jīng)分析隨形定位工裝制造難點(diǎn)主要如下。

（1）材料加工難度大。聚丙烯材料較軟，裝夾容易變形，精銑完成后工件釋放應(yīng)力也容易變形。

（2）定位腰型孔過(guò)深，精銑時(shí)銑刀工作長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，加工過(guò)程中銑刀震動(dòng)過(guò)大。如果翻面精銑定位腰型孔則容易造成基準(zhǔn)不統(tǒng)一，工作面與定位孔相對(duì)位置產(chǎn)生偏差，且工件材料為聚丙烯，不導(dǎo)電，不能使用慢走絲加工。

（3）尺寸及位置精度要求高，如型腔曲面一般公差為±0.02 mm，定位腰型孔公差為±0.005 mm等。

綜上所述，使用傳統(tǒng)數(shù)控銑床制造隨形定位工裝存在許多弊端，如多次裝夾容易造成加工誤差累積，加工難度大，不易裝夾，相對(duì)位置精度不能保證，對(duì)操作人員熟練度要求較高等。

2 使用3R夾具的制造工藝

3R夾具原理如圖3所示，其定位片與定位棱柱體僅以線接觸，卡盤的棱柱定位齒插入定位片預(yù)定位，夾緊后定位片產(chǎn)生彈性變形，柔性定位片清理切屑，接觸面最小化使切屑和微粒的影響減至最小。

圖3 3R夾具原理

2.1 工藝基準(zhǔn)的制定

通過(guò)對(duì)隨形定位工裝的結(jié)構(gòu)分析，確定加工基準(zhǔn)面與工藝臺(tái)階位置，使待成形工裝與工藝臺(tái)階連接面盡可能設(shè)在不影響使用的輔助面上，并使用UG NX 12.0軟件建立模型，如圖4所示。

圖4 模型結(jié)構(gòu)

2.2 毛坯尺寸確認(rèn)

在確認(rèn)工裝外形及工藝臺(tái)階后，使用UG NX創(chuàng)建方塊命令，包容工裝及工藝臺(tái)階形成包容塊，制作毛坯時(shí)將工裝及工藝臺(tái)階最大外形尺寸單面加工余量設(shè)置0.5 mm（見(jiàn)圖5）。因鋸床下料時(shí)尺寸偏差較大，所以下料時(shí)可適量放大毛坯余量，完成后使用臺(tái)鉆加工與3R基準(zhǔn)片連接的螺紋底孔，與3R基準(zhǔn)片安裝連接狀態(tài)如圖6所示。

圖5 毛坯尺寸

圖6 毛坯與3R基準(zhǔn)片連接

2.3 加工制造

校準(zhǔn)3R夾具基座基準(zhǔn)后，毛坯直接與3R基準(zhǔn)片連接，因加工基準(zhǔn)為3R基準(zhǔn)片中心（見(jiàn)圖7），毛坯由3R基準(zhǔn)片傳遞達(dá)到使用同一基準(zhǔn)快速裝夾、轉(zhuǎn)換的目的。當(dāng)一個(gè)工作面加工完成后，只需拆卸基準(zhǔn)片旋轉(zhuǎn)至另一個(gè)需加工的工作面，然后鎖緊基準(zhǔn)片即可直接繼續(xù)加工，不需要重新找正基準(zhǔn)。隨形定位工裝加工完成后效果如圖8所示。

圖7 制造基準(zhǔn)

圖8 加工實(shí)物

2.4 3R夾具的優(yōu)勢(shì)

使用3R夾具對(duì)工件進(jìn)行加工制造，主要有以下4個(gè)特點(diǎn)。

（1）3R夾具保證工裝的重復(fù)定位精度為2 μm。從源頭上控制累積誤差，保持機(jī)床和工件（電極）精度相等。

（2）統(tǒng)一的坐標(biāo)零點(diǎn)基準(zhǔn)。無(wú)需再次校正，大幅降低機(jī)床停機(jī)時(shí)間，使設(shè)備利用率達(dá)到最高。

（3）標(biāo)準(zhǔn)化的接口。實(shí)現(xiàn)銑削、鉆銷、車銷、磨削、電火花等不同加工類型機(jī)床之間的高精度、高效率轉(zhuǎn)換。

（4）急件加工。固定的基準(zhǔn)點(diǎn)和系統(tǒng)的重復(fù)精度，可以中斷工件加工，運(yùn)走托板，完成急件加工，隨后繼續(xù)對(duì)未加工完的工件加工，無(wú)需校正或再調(diào)整。

3 結(jié)束語(yǔ)

3R夾具在實(shí)際加工運(yùn)用中，將企業(yè)常用的數(shù)控、數(shù)顯機(jī)床，包括立式/臥式加工中心、數(shù)控車床、坐標(biāo)鏜床、坐標(biāo)磨床、電火花機(jī)床、線切割機(jī)床、慢走絲機(jī)床、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等連接成統(tǒng)一的基準(zhǔn)平臺(tái)，集成為一個(gè)柔性的制造系統(tǒng)，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。3R系統(tǒng)有適用于模具行業(yè)小型零件加工的Macro、Refix等系統(tǒng)，還有適用于裝備行業(yè)的Delphin Big大型工件定位系統(tǒng)，最大工件承重量可達(dá)10 000 kg。不論模具和零件大小，3R夾具都能滿足工件正常切削加工和強(qiáng)力切削加工的需要。